AT516929A1 - Pyrotechnischer Gasgenerator - Google Patents
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Abstract
Ein Gasgenerator, insbesondere zum Aufblasen von metallischen Strukturen, hat einen elektrischen Anzünder und eine pyrotechnische Treibladung in einem Treibladungsgehäuse, wobei nach Zündung der Treibladung durch Deflagration der Treibladung Gas erzeugt wird. Erfindungsgemäß weist die Treibladung einen Deflagrationsmindestdruck von weniger als 50 bar auf und verliert das Gehäuse während der Deflagration der pyrotechnischen Ladung seine Festigkeit. Eine geeignete Treibladung enthält zumindest ein Metall aus der Gruppe Titan, Zirkonium, Hafnium oder deren Hydride und metallisches Silizium als Brennstoff sowie Kaliumperchlorat als Oxidationsmittel. Mit solch einem Gasgenerator können "Hard points" vermieden werden, das Gehäuse kann aus Aluminium oder Kunststoff, jeweils mit Sollbruchstelle, bestehen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere zum Aufblasen von metallischen Strukturen, mit einem elektrischen Anzünder und mit einer pyrotechnischen Treibladung in einem Treibladungsgehäuse, wobei nach Zündung der Treibladung durch Deflagration der Treibladung Gas erzeugt wird.
Aktuelle Fahrzeuge bieten ein hohes Maß an Sicherheit für Insassen und Unfallpartner, welche neben der Ausführung der Fahrzeugstruktur auch durch eine Vielzahl von aktiven Systemen, d.h. Systemen, die während des Unfallgeschehens aktiviert werden, verbessert wird. Eine Kernkomponente sind aufblasbare Elemente, beispielsweise Airbags, welche die Aufprallenergie der Insassen auf einer großen Fläche aufnehmen und schonend abbauen. Eine neue Anwendung sind aufblasbare Strukturen, beispielsweise wurde von DAG im Sicherheitsfahrzeug ein aufblasbarer Türträger vorgestellt.
Alle diese Sicherheitssysteme verwenden einen Gasgenerator, der das zum Aufblasen erforderliche Gas erzeugt. Klassischerweise besitzen diese Gasgeneratoren ein Gehäuse aus Metall, in der Regel aus Stahl, mit Korrosionsschutz. Naturgemäß besitzen diese Generatoren ein hohes Gewicht, das unerwünscht ist, und stellen sogenannte "Hard Points" dar, wenn sie in Luftsäcke oder aktive Strukturen eingebaut werden, weil das Generatorgehäuse nur geringe Nachgiebigkeit aufweist und zu schweren Verletzungen führen kann. Als Alternative wurden sogenannte
Schnurgasgeneratoren überlegt, deren Aufbau in der DE 4134995 CI beschrieben ist. Ein Anwendungsbeispiel findet sich in der US 6938916 B2 von Autoliv. Diese Art von Generatoren konnte sich jedoch auf Grund von diversen technischen Schwierigkeiten bis heute nicht durchsetzen. Der Aufbau besteht aus einem zerbrechlichen extrudierten Grundkörper aus Treibmittel, der oberflächlich mit einem sehr empfindlichen Zündsatz beschichtet ist und sich in einem Schlauch befindet. Bei Zündung strömt die Zündflamme über den Zündsatz und den Zünder das Treibmittelkorn flächenhaft an. Die temperaturabhängige Festigkeit des Schlauchs führt zu einer großen Schwankung des Abbrands über das Temperaturband.
Weiters sind auch Gasgeneratoren bekannt, deren Gehäuse aus Kunststoff besteht, siehe z.B. die US 2014/028005 Al. Gemäß dieser Schrift wird versucht, das üblicher Weise aus Stahl bestehende Gasgeneratorgehäuse aus Kunststoff herzustellen, um Gewicht zu sparen, aber dennoch die gleiche oder sogar eine höhere Druckfestigkeit zu erzielen. Gelöst wird dies durch das Vorsehen einer Armierungsschicht aus faserverstärktem Kunststoff. Dadurch wird zwar Gewicht gespart, aber die Herstellung ist aufwändig, und es entstehen ebenso wie bei einem Gasgeneratorgehäuse aus Stahl "Hard Points".
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gasgenerator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Treibladung einen Deflagrationsmindestdruck von weniger als 50 bar aufweist und dass das Gehäuse während der Deflagration der pyrotechnischen Ladung seine Festigkeit verliert.
Der pyrotechnische Gasgenerator, welcher sich besonders zum Aufblasen von geschlossenen Strukturen aus Metall eignet, welche dadurch erhöhte Steifigkeit erhalten oder Energie aufnehmen können, hat also die Besonderheit, dass das Gehäuse nach Erfüllung seiner Funktion, nämlich dem Schutz der Treibladung vor Umwelteinflüssen bis zu deren Zündung, seine Festigkeit verliert und dass die Treibladung auch ohne Verdämmung durch das Treibladungsgehäuse weiter durch Deflagration abbrennt. Der zur Deflagration zumindest erforderliche Druck liegt unter 50 bar.
Es wird also bewusst auf das sonst angestrebte Ziel, dass das Treibladungsgehäuse dem entstehenden Druck standhalten muss, verzichtet und stattdessen eine Treibladung gewählt, bei der dies nicht erforderlich ist. Auf diese Weise können Kosten gespart und "Hard Points" vermieden werden.
Geeignete Treibladungen enthalten zumindest ein Metall aus der Gruppe Titan, Zirkonium, Hafnium oder deren Hydride und metallisches Silizium als Brennstoff sowie Kaliumperchlorat als Oxidationsmittel. Weitere Zusätze wie organische Stoffe als
Gasbildner, Bindemittel und Trennmittel können entsprechend dem Stand der Technik zugesetzt werden.
Da derartige Zusammensetzungen leicht zünden, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass keine eigene Zündladung vorgesehen ist, sondern die Anzündung der Treibladung direkt mittels des elektrischen Anzünders erfolgt.
Das Gehäuse besteht bevorzugt aus Aluminium mit vorgesehenen Soll-Bruchstellen. Alternativ kann das Gehäuse auch aus Kunststoff bestehen, ebenfalls mit Sollbruchstellen in der Gehäusewand.
Zur besseren Aufteilung der Treibladung kann diese in einzelnen Kammern im Gehäuse untergebracht sein, bevorzugt ist hier eine Wabenform für die einzelnen Kammern.
Im Folgenden ist exemplarisch eine Zusammensetzung angegeben:
Bindemittel, Dispergierhilfsstoff: < 5 Massel, bevorzugt 3% Zirkonhydrid: 10-20% Massel, bevorzugt 18%
Silizium: 4-12 Massel, bevorzugt 5%
Kohlenstoff: 5-15 Massel, bevorzugt 11%
Kaliumperchlorat: 50-70 Massel, bevorzugt 63%
Wien, am 10.3.2015
Claims (7)
- Patentansprüche :1. Gasgenerator, insbesondere zum Aufblasen von metallischen Strukturen, mit einem elektrischen Anzünder und mit einer pyrotechnischen Treibladung in einem Treibladungsgehäuse, wobei nach Zündung der Treibladung durch Deflagration der Treibladung Gas erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibladung einen Deflagrationsmindestdruck von weniger als 50 bar aufweist und dass das Gehäuse während der Deflagration der pyrotechnischen Ladung seine Festigkeit verliert.
- 2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibladung zumindest ein Metall aus der Gruppe Titan, Zirkonium, Hafnium oder deren Hydride und metallisches Silizium als Brennstoff sowie Kaliumperchlorat als Oxidationsmittel enthält.
- 3. Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibladung direkt mittels des elektrischen Anzünders angezündet wird.
- 4. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus Aluminium mit Sollbruchstellen in Längsrichtung besteht.
- 5. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus Kunststoff mit Sollbruchstellen in Längsrichtung besteht.
- 6. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Treibladung in Kammern aufgeteilt befindet.
- 7. Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern Wabenform besitzen. Wien, am 10.3.2015
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